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鈣鈦礦太陽能電池邁向產(chǎn)業(yè)化 新技術是關鍵助力
2025年06月03日 11:11:44
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：小王 點擊量：2155
南京航空航天大學鈣鈦礦太陽能電池領域再獲重要突破，氣相輔助表面重構技術有望幫助鈣鈦礦太陽能電池邁向產(chǎn)業(yè)化。
鈣鈦礦太陽能電池是一種基于鈣鈦礦結構材料作為光活性層的新型太陽能電池，由于其光電轉換效率，并且低成本、易制備的優(yōu)勢，近年來收獲了高度關注，成為了光伏領域的研究熱點。然而受限于長期運行穩(wěn)定性存在缺陷，鈣鈦礦太陽能電池一直無法滿足光伏產(chǎn)品的長期使用要求，因此也無法邁向產(chǎn)業(yè)化。
而這個問題，在今年似乎得到了解決。就在上個月，南京航空航天大學發(fā)布了新成果——該校國際前沿科學研究院開發(fā)了更綠色、更具經(jīng)濟性的氣相輔助表面重構技術。該技術能夠抑制產(chǎn)業(yè)級鈣鈦礦模組在戶外環(huán)境下的不可逆退化，幫助30 cm × 30 cm鈣鈦礦模組實現(xiàn)與商用晶硅太陽能電池相當?shù)膽敉膺\行穩(wěn)定性。目前該技術已經(jīng)以“Vapor-assisted surface reconstruction enables outdoor-stable perovskite solar modules”為題，發(fā)表在國際學術期刊《Science》上。
這也是繼2024年7月該研究團隊開發(fā)氣相氟化技術實現(xiàn)大面積鈣鈦礦太陽能電池的均勻穩(wěn)定化后，在鈣鈦礦太陽能電池相關技術上的又一次重要突破。與氣相氟化技術相比，“氣相輔助表面重構”技術對于設備的需求更小，無需借助專用設備，通過氣相沉積多齒配體便可以實現(xiàn)鈣鈦礦表面結構的原位重構，隔離缺陷富集的表面單元，實現(xiàn)離子不可逆遷移的抑制。同時具備了后處理溫和、成本更低、過程更綠色的優(yōu)勢。
實驗結果顯示，經(jīng)過氣相輔助表面重構的太陽能電池，0.16平方厘米單元電池和785平方厘米太陽能模組的功率轉換效率分別為25.3%和19.6%。T80壽命內預計循環(huán)次數(shù)2478次，相當于25℃環(huán)境下穩(wěn)定循環(huán)運行6.7年以上，換算成戶外使用壽命，理論可達25年，穩(wěn)定性十分可觀。
而除了技術本身外，這項創(chuàng)新技術還探明了鈣鈦礦結構材料性能永久衰退的本質原因。在研究中，團隊發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦模組在晝夜循環(huán)中會出現(xiàn)有趣的“可逆衰減”行為，簡單來說就是模組在白天工作時會出現(xiàn)性能衰退，但經(jīng)過夜晚的“休息”又能恢復部分性能。由此切入，研究團隊發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦模組內的可逆遷移發(fā)生在鈣鈦礦層內，所引起的性能衰減具有夜間自修復特性，而不可逆遷移涉及離子向電荷傳輸層或電極的逃逸，是導致器件性能永久性衰退的本質原因。
此外，隨著該成果的出現(xiàn)，鈣鈦礦太陽能電池維持長期運行穩(wěn)定性成為可能，意味著產(chǎn)業(yè)級鈣鈦礦模組能夠實現(xiàn)與硅太陽能電池比肩的戶外穩(wěn)定性，具備了實用價值。同時工藝成本的大幅度下降也讓該技術具備了產(chǎn)業(yè)化的價值及可能性。這對于鈣鈦礦太陽能電池而言，相當于邁出了從實驗室創(chuàng)新向產(chǎn)業(yè)化落地的重要一步。為光伏產(chǎn)業(yè)的后續(xù)發(fā)展，打下了新的基礎。
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